李江濤，潘春強，劉偉，胡新文

（國網(wǎng)新源控股有限公司北京十三陵蓄能電廠，北京 102299）

0 引言

在傳統(tǒng)制造業(yè)中，往往采用抽查的方式對產(chǎn)品進行測量，檢驗其合格性，而在如今制造業(yè)中，人們更多追求的是設備的精準裝配和零件的零報廢，若要實現(xiàn)這一目標，就需要對被測物進行精細化測量。數(shù)字近景工業(yè)攝影測量技術是如今較為熱門的非接觸式大場景測量技術。通過該技術能夠?qū)Ρ粶y物體進行幾何定位，給出被測物體的重要信息，同時能夠準確讀取并解析影像映像。將其應用到國內(nèi)高精度制造業(yè)中，能夠有效推動國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展，提高設備質(zhì)量和安全性。

1 編碼標志點的設計

在對編碼標志點進行設計時，需要遵循以下三點原則：第一，編碼標志點應具備旋轉(zhuǎn)、平移、尺度的不變性。第二，要易于探測和定位。第三，標志中心要有較高的定位精度。根據(jù)設計原則，此處借助同心圓形編碼方法進行編碼設計，即圓形標志中被存在唯一編碼的圓環(huán)包裹，編碼圓環(huán)被均勻分割成n位編碼。通過二進制方式表征每一編碼位[1-2]。在結束編碼標志點設計環(huán)節(jié)后，需要對其進行識別與定位工作。其中，識別的過程可視為自主探測編碼標志影像邊緣的過程，編碼標志影像在Cany算子等檢測算子的作用下，可劃分割成非標志區(qū)域和候選標志區(qū)域兩大區(qū)域。對候選標志區(qū)域而言，可通過特征判斷的方式提出非標志后區(qū)域：第一，假如候選區(qū)域中存在像素較多或較少的特征時，那么該區(qū)域則不可能為非標志區(qū)域，可進行剔除。第二，假如候選區(qū)域的圓度低于設定值時，那么該區(qū)域也不可能為非標志區(qū)域，可進行剔除。第三，對候選區(qū)域進行橢圓擬合，獲取擬合殘差，假如所得結果過大，那么可進行剔除。第四，獲取候選區(qū)域與背景區(qū)域的灰度差值，而后與限差值進行比較，若小于限差值，則可進行剔除。第五，對編碼圓環(huán)進行橢圓擬合處理，獲取相應的擬合殘差，若所得結果較大，那么可進行剔除。通過以上操作后，可通過橢圓擬合的方式對標志中心進行處理，以獲取編碼標志的像點坐標。接著，獲取標志中心的張角，進而獲取連續(xù)編碼區(qū)域的位數(shù)情況[3]。

2 水輪機鏡板測量網(wǎng)形的設計

相對被測物體而言，攝站方位的不同，測量網(wǎng)的形狀亦會有所不同。在實際測量中，被測物體一般是固定不動的，所以攝站位置的布置除了需要考慮到測量精度外，還需對相機本身性能、攝影標志對入射角的限制等因素進行綜合考量?；谏鲜鲆蛩氐目剂浚瑴y量網(wǎng)的設計需要遵循以下四大原則：第一，至少在四個不同的攝站上拍攝到同一個標志點。第二，所有標志點的交會角保持在60°-120°之間。第三，在對RRT標志點進行拍攝時，入射角應低于45°。第四，確保所有相片間有100%重疊[4]。為了提高數(shù)字近景測量精度，可從在不同攝站對水輪鏡板標志點進行交會測量，由于這種測量方式增加了多余測值，因此測量結果的可靠性將會得到一定程度的提升。此外，還可通過增大交會角的方式來提高測量的精度，但需要注意的是，攝影入射角度不可超過設定值，不然會影響測量的精度。為了避免在增大交會角的同時，入射角超過設定值，可將相機與水輪機鏡板中心處形成45°拍攝角。假如所有相片間具備100%重疊時，水輪機鏡板在所有圖片上均能成像，在這種條件下進行測量是最為簡單的。反之，則可將水輪機鏡板分割成前、后、左、右等不同區(qū)域，如此，所有區(qū)域便能重疊在一起，降低測量的難度。為了將各區(qū)域測量結果統(tǒng)一到一個坐標系當中，所有相鄰區(qū)域間的相片必須擁有重疊的部分，存在的公共點需要保持在3個以上，如此才能將各局部聯(lián)系起來。

3 數(shù)字近景攝影測量在水輪機鏡板中的應用

3.1 測量方案

本文選擇的測量方案如下：首先，將RRT標志粘貼在鏡板表面，并借助雙經(jīng)緯儀對部分控制點坐標進行測量。其次，在不同攝站使用數(shù)碼相機進行拍攝，獲取鏡板照片。最后，借助光速法平差對標志點坐標進行解算，進而借助CAD面型轉(zhuǎn)換法獲取鏡板的實際面型誤差[5]。

3.2 測量結果

為了檢測數(shù)字近景工業(yè)攝影測量的精度，與經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)進行了比較研究，得到的部分結果如表1所示。

從表1可以看出，坐標測量的精度優(yōu)于0.25mm，使用內(nèi)部參數(shù)存在差異性的自標定法坐標測量結果為0.21mm，采用內(nèi)部參數(shù)均相同的自標定法坐標測量結果為0.225mm，后者比前者高出了0.015mm，相對精度提高了6.7%。與實際精度相比，檢后估計值的精度較高，肯定了數(shù)字近景工業(yè)攝影測量的精度。接著借助CAD面型轉(zhuǎn)換法分別對數(shù)字近景工業(yè)攝影測量得到的點坐標和經(jīng)緯儀測量得到的點坐標進行計算，獲取各自的鏡板面型誤差，得到的結果如表2所示。

表1 點坐標部分測量結果

表2 法向偏差結果

從表2可以看出，面型的測量精度優(yōu)于0.1mm，使用內(nèi)部參數(shù)存在差異性的自標定法坐標測量結果為0.308m，采用內(nèi)部參數(shù)均相同的自標定法坐標測量結果為0.337mm，后者比前者高出了0.015mm，相對精度提高了33.7%，再次肯定了數(shù)字近景工業(yè)攝影測量精度。

4 結語

本文首先對數(shù)字近景工業(yè)攝影測量技術中的編碼標志點和水輪機鏡板測量網(wǎng)形這些關鍵技術進行了設計，給出了相應的設計細則和規(guī)范。其次，將數(shù)字近景攝影測量技術應用到了水輪機鏡板中進行測量，并給出了詳細的測量方案。最后，為檢驗數(shù)字近景工業(yè)攝影測量技術的測量精度，與經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)進行了比較，結果表示，面板模胎面型檢測精度優(yōu)于0.1mm，肯定了數(shù)字近景工業(yè)攝影測量技術的測量精度。